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※ 引述《caseypie (吟遊詩人)》之銘言: : 標題: Re: [問題] 抽水機功率問題 (水噴出有初速) : 時間: Mon Oct 29 22:11:50 2012 : 去算一算日月潭湖面和涵碧樓抽水管口徑的比值 其實我也是這樣認為的,做為水源的那個水體或許可以等效地認為是 截面很大的水管裡面裝的水。大水管和小水管接續的地方(例如錐形,漏斗狀) 還可以看到水因為壓力梯度而加速。 但是若在時間t0的時候,水沒流動,大水管裡那特大量的水 (可能像一口井的水這麼多,可能像一個湖,可能像一個海) 是靜止的; 而,抽水機打開,然後在t1的時候,看到大水管已經在用速度v流動了, 可以想見2件事, 1. 裡面的水從t0的靜止到t1的速度v,演變是需要時間的, 而且如果水量巨大,時間會驚人地長。除非大水管裡的流速允許不均勻。 2. 通常抽海水都是一開抽水機水就用噴的, 對應了大水管裡面的流速是非常不均勻的。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 1.34.173.95
caseypie:事實上你在入水管口附近根據速度衰減的情況設一個邊界 10/29 22:40
caseypie:定邊界內為effective管內,有流速,邊界外沒有流速 10/29 22:40
caseypie:這樣就可以了,物理大多數的問題都是這樣解的 10/29 22:41
caseypie:還有,如果大水管是日月潭,你是不可能得到t1的 10/29 22:43
caseypie:t1只成立於水快被吸光的狀態,也就是很靠近有效管邊界了 10/29 22:43
再想一次後我也覺得大水管不是好用的圖像。 總之我想說的是, 讓水源水體從低動能演變成高動能,需要時間。 (可以想像水體裡面有個隨時間演變的速度場) 另外,有可能 在距離入水口距離有限的地方都找不到速度場大小為0的地方。
louiswoman:社會組的那位還在喔 10/29 22:49
... ...
louiswoman:欸 你說這樣會被他說數學不好喔 10/29 22:58
還好吧,我說 距離有限
sevenfeet:如果您這麼愛玩大水槽 就應該兩邊都設大水槽 10/29 23:00
這麼作的理由是...?
sevenfeet:既然這麼堅持大水槽 不兩邊都設大水槽不是很怪嗎?! 10/29 23:05
Entropy1988:很怪嗎?我是真的不懂你想說什麼? 10/29 23:08
sevenfeet:大水槽A抽到高20m的大水槽B V=20 Q=600完全符合您的偏好 10/29 23:11
Entropy1988:我記得那是我推你的文的時候說的例子。但是現在我回 10/29 23:12
Entropy1988:caseypie的文裡面沒有這件事。 10/29 23:13
caseypie:小鬼先把靈界大學唸畢業再來嗆人吧 10/29 23:15
caseypie:在這裡亂嗆別人社會組,小心哪天被社會組教授當掉物理 10/29 23:16
caseypie:你不需要確切讓速度為0 10/29 23:17
louiswoman:先去把數乙考到二位數吧 10/29 23:17
caseypie:比方說,用指數衰減去近似,然後取衰減常數為有效距離 10/29 23:17
我想我很明白你的意思,你在之前的推文也有說過取個範圍來做
caseypie:實務上你自己設個比例,小於那個比例就當做外圍 10/29 23:17
caseypie:當然,我是沒有耐心去把這麼簡單的問題搞那麼複雜 10/29 23:18
louiswoman:某C前面幾篇不是很堅持入口處速度=0? 10/29 23:20
caseypie:唉,louiswoman,你以為你高中數學0分,為什麼還有大學唸 10/29 23:21
caseypie:你真的覺得這樣考上大學有意義嗎?就有資格領22k了嗎 10/29 23:21
(-應nightkid本人意見消除其推文-)
j0958322080:社會組也不會怎樣啊,de Broglie當初也是念歷史的阿 10/29 23:29
louiswoman:某C說吸進去前是0 吸進去後加速 天大笑話 10/29 23:36
louiswoman:他自己是不會呼吸看看 看鼻孔那點的流速是不是0喔 10/29 23:37
john01:我實在搞不懂為何物理版很多人喜歡用這種針對別人而不是 10/29 23:37
john01:針對問題的方式來討論問題??? 10/29 23:38
sevenfeet:原PO快教大家兩個大水槽怎麼算呀 @@" 引領期盼 10/29 23:43
現在要照我的偏好走就是了? 也不用2個水槽。就1個水槽,然後上空有個會完全接受水,不讓水掉下來的東西就好了。 水槽含1公斤的水。我用機械裝置,讓水面上的水一滴一滴用同樣的速度V離開水面, 一離開水面後機械就不再對該水滴做功了。揚升:0公尺。 速度V恰好可以讓水滴上升到距離它離開水面時的高度1公尺的地方就失去全部動能。 v= (2*G*1公尺)^0.5。設定G值10。 然後水槽的水就被耗完,耗時10秒。 機械的平均功率: 2 1/2 m v 10J -------------- = --------- = 1瓦 耗時 10秒 我的抽水機是2根毛沾水,然後毛抖一下,把毛上面的水震出去。 整個過程占的空間極小,幾乎在水面就完成了。
sevenfeet:怎麼這麼快又放棄大水槽了? @@" 好失望啊 10/30 00:27
現在最懷念大水槽的人已經不是我了。 之前的討論有2個水槽,地面那個是裝水用,5樓上面的是接水而已。 高興的話,高性能尿布也可以阿。 那如果現在改成用水槽去接,你比較高興了嗎?
sevenfeet:能否請教接水的大水槽內流體動能多少? 10/30 00:38
Entropy1988:是在水滴失去動能時接的。 0。 10/30 00:42
sevenfeet:所以原題的答案是?! 10/30 00:53
Entropy1988:哪個原題?你是說這個討論串的第一篇嗎? 10/30 01:07
Entropy1988:這裡的跟那題是不同題,你的「所以」的意思是? 10/30 01:07
※ 編輯: Entropy1988 來自: 1.34.173.95 (10/30 01:08)
Entropy1988:講「所以」表示有共同的點,你想談的點是? 10/30 01:13
sevenfeet:是說把你的幫浦套到原題(H=20 V=20 Q=600)結果答案是? 10/30 01:17
Entropy1988:有H20 v20。所以我必須用毛把水滴抬高20m,然後還要 10/30 01:20
Entropy1988:讓它用20m/s飛離。我嘗試在抬水滴的時候用等加速度運 10/30 01:21
Entropy1988:動。 這樣的話每公斤的水要用1*9.8*20 + 1/2 *1*20*20 10/30 01:23
Entropy1988:600公斤要用237600(J)。除以60秒的話是3960(w)。 10/30 01:27
sevenfeet:您都忘了末動能是0這回事了? 10/30 01:38
我並沒有忘。你可能早就知道這點,不過我還是雞婆講一下, 毛把水滴抬高20m、甩開水滴的那個瞬間,水滴有大小為20m/s的速度。 要在這個例子裡面,用容器去接收速度為0的水滴的話, 容器的位置必須在 20公尺 + h 的高度 其中h是 KE/mG , 也就是 20m/s 的速度足以讓水滴在離開毛以後 會繼續上升的高度。約20.4公尺多。 這樣的話容器設置的高度將是40.4公尺多。 這樣的情況下,用我的話來說,水的初態是高度0、動能0; 末態是高度40.4公尺多、動能0。能量,即位能,增加了237600(J)。 要是水滴離開毛的時候速度是0,那容器就設置在20公尺高的地方就好。 水的位能也只會增加117600(J) ※ 編輯: Entropy1988 來自: 140.115.30.112 (10/30 11:30)
sevenfeet:這就是嚴重錯覺的地方了 V=20進入水槽的動能是0 10/30 11:41
Entropy1988:水並不是用v20進入水槽的。 10/30 14:11
Entropy1988:由於水不可壓縮,所以水槽裡面,這個地方被一滴水占據 10/30 14:14
Entropy1988:了,下一滴水就不能填入同個地方。另外水槽的邊緣也有 10/30 14:15
Entropy1988:高度,水滴必須飛越。但是藉由讓水槽淺得像盤子一樣, 10/30 14:15
Entropy1988:又寬大又沒有摩擦力,又盡量讓水跨越邊緣的時候水平方 10/30 14:16
Entropy1988:向的速度盡量小,我可以任意地讓水進入水槽地時候速度 10/30 14:17
Entropy1988:接近0。 10/30 14:17
Entropy1988:非0,但可以任意接近0。這就是你的錯覺嗎? 10/30 14:18
sevenfeet:那為什麼涵碧樓的幫浦入口動能是0呢? 10/30 14:25
不是0阿。你忘記你反對的我的論點是什麼了嗎? 對於像是吸管吸水那樣的運作情形, 你說水會用某種速度進入入水口,跟幫浦的做功無關。 無論速度大小,重力位能全包,不會有短缺。 我說,水之所以會有動能,然後擠入入水口,是因為水被作功了。 算功率必含在抽水機。 其中包含了外面的1大氣壓與入水口的相對低壓,2者間的壓力梯度, 對這些水作功。粗略地說,對於一小團水來說, 它的後面受到的力量比前面受到的力量大,所以它前進而且被作功。 抽水機,又要維持入水口相對低壓,水又要流動,必須要消耗功率, 就像人用吸管喝水,嘴要做功。抵抗環境的大氣壓,擴大口腔容積。 在去除掉重力因素的例子裡,維持低壓同時水又要流動此時幫浦消耗的功率就是 水進入入水口時需要的動能的來源。 一攤原本靜止的水,可以因為之後抽水機來了、工作,所以動起來,有動能進入抽水口。 說水原本是靜止的,就是這個意思。說水進入抽水口的時候速度不為0, 就是這個意思。 我主張水會有進入抽水口的動能,動能是抽水機給的。 重力位能也可以給點作用,但是水面下降,釋放的位能是有上限的。 考慮這個例子:1公斤的鐵球從10公尺高的地方往下墜。 普通的自然下墜,需要時間約1.4秒,可釋放位能約98J。平均功率約68.6W。 現在我額外施力向下,使得鐵球用10倍的加速度向下墜, 需要時間約0.45秒。到地面的時候會有980J的動能。 重力位能的平均釋放功率提高了,因為時間縮短了,變成約216W。之前只有68.6W。 但是 約216W*約0.45秒=98J 並不足以完全解釋為什麼最後動能會高到980J。 多出來的動能是來自額外的施力。 額外的施力作功882J,過程裡的平均功率約1952W。 重力位能釋放功率 加上額外施力功率,才能解釋最後的980J怎麼在 約0.45秒內得到。 這些都無法違背能量守恆。 回到抽水機抽水。要水用足夠的速度進入入水口,抽水機又不想為此作功。 可以。 那就要別人來作功。 像是工廠裡面,大水管接小水管,小水管那側有台抽水機,根本沒打開, 但是水從大水管過渡到小水管,動能無疑提高了, 這是因為大水管的裡面的水柱,後面的水柱對前面的水柱作功。 所以那台抽水機可以不用工作。 能量不會無中生有,用心找出這系列管路的起頭和終點, 有機械正為了維持壓力差、水又要流動而消耗著功率。 所謂的壓力能,衡量的就是水柱之間的作功。雖然水柱本身只能持有動能和位能, 但是它可以當作作功的媒介。
YJM1106:很好奇,為何物理高手們討論到最後會出現顯然違背常理的 10/30 16:36
YJM1106:結論? 10/30 16:37
YJM1106:用一大堆理論討論出水經過泵是不增加動能的結論 10/30 16:40
YJM1106:可是水為何最後會有個末速? 到底是誰給的? 10/30 16:40
這評語讓我有點摸不著頭緒。 你說 水經過泵是不增加動能的 這是誰在哪下的結論呢? 至少我應該沒下過這樣的斷言?端看那個地方的管線,速度可以提高、不變、下降。 對於水的末速,我一直以來的主張就是末態相對於初態增加的位能+動能, 是由作功的機械抽水機提供的。
YJM1106:我不是說你啦... 10/30 19:31
※ 編輯: Entropy1988 來自: 1.34.173.95 (10/30 20:19)
sevenfeet:看來本題的命運 在堅持使用國中力學能守衡的那一刻 10/31 08:13
sevenfeet:就已經註定了..... 10/31 08:13
Entropy1988:白努利定律,在使用力學能守恆後,終於被得出了。 10/31 09:35
sevenfeet:知道白努利定理卻選擇忽視壓力變化 壓力差與流率的關係 10/31 09:39
Entropy1988:假如抽水機輸出輸出端接的是粗水管,輸出端後續是細水 10/31 09:47
Entropy1988:管。抽水機2端就存在壓力差,這你也知道。 10/31 09:48
Entropy1988:抽水機需要的功率還會是壓力差*流量。 10/31 09:49
Entropy1988:輸出端的粗水管接續的是細水管或粗水管,會影響水出去 10/31 09:51
Entropy1988:時的速度。動能+位能+壓力能(P=1atm) 若看到動能增加 10/31 09:52
Entropy1988:,其它不變,可推測抽水機功率增加。先算出抽水機2端 10/31 09:54
Entropy1988:的壓力,發現流量固定、壓力差增加,也是功率上升。 10/31 09:54
sevenfeet:無故在題目沒說的地方加細水管是想搞笑嗎???10/31 09:53
我沒有在開玩笑。入水口和出水口大小不見得要一樣。 就算入水口比出水口大,也不影響最後答案,不是? 如果說管徑是在通過了抽水機之後才收得夠小 (小到在題目指定的流量下,可以達到指定速度) 答案也是不變的。 事實上題目沒說的地方多著了。連是不是用水管和水力幫浦都不知道。 整個過程是,幫浦的話題開始以後,我們才跟著走的。 真的要我說的話,這題根本就是: 井底的水→經過未知的黑盒子→位置提高,擁有動能 問黑盒子需要的的功率是多少? 黑盒子裡面甚至可以是小精靈拿著湯匙一匙一匙舀。 最小心的方案就是不做既定想像,只看能量守恆了。 ※ 編輯: Entropy1988 來自: 1.34.173.95 (10/31 10:33)